Clase_02 Msp_cap i, II y III

UAP

Universidad Alas Peruanas HUARAZ

Docente: Ing. Oscar Fredy Alva Villacorta


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CAP I : Introducción

2

CAP CA P II : Ambito Ambito de Apl Aplicac icación ión

3

CAP III : Com Compon ponent entes es de la la

Infraestru Infra estructura ctura del camin camino o


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CAP I : Introducción

2

CAP CA P II : Ambito Ambito de Apl Aplicac icación ión

3

CAP III : Com Compon ponent entes es de la la

Infraestru Infra estructura ctura del camin camino o

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CAPITULO I


El Ministerio de Transportes y Comunicaciones del Perú (MTC) ha publicado publicado en Marzo 2013 el Manual de Carreteras Carreteras “Suelos, Geología, Geología, Geotecnia, y Pavimentos” Sección Suelos y Pavimentos. Este manual se encuentra en plena vigencia y presenta los criterios técnicos y las metodologías a emplear para el diseño de pavimentos de afirmados, flexibles, semi-rigidos, y rígidos. El manual condensa las experiencias de la ing ngen eniierí ería perua eruan na ob obtten enid idas as en pa pavi vime ment ntos os dise diseña ñad dos y construidos en los últimos 20 años, y brinda métodos prácticos de diseño aunque al mismo tiempo apertura la posibilidad de aplicar méto mé todo dos s más ava avanzad nzado os ba basa sado dos s en el de dese sem mpe peño ño.. El Ma Manu nual al presenta también pautas para los estudios de: suelos, fuentes de materiales y fuentes de agua, tráfico, clima, y se discuten temas de dren drenaj aje, e, esta estabi bililiza zaci ción ón de suel suelos os,, y sele selecc cció ión n de ma mate teri rial ales es pa para ra pavimento. En el curso se desarrollan los conceptos presentados en el Manu nua al Pe Perrua uan no siendo com complement ntad ado os con ejer ejerc cicios de aplicación.


CAPITULO I

 PROPÓSITO

El propósito es brindar a los Ingenieros las pautas y

criterios

técnicos

apropiados

para

di s e ña r

eficientemente las capas superiores y la superficie de rodadura de los caminos o carreteras no pavimentadas y pavimentadas dotándolas de

estabilidad estructural para lograr su mejor desempeño posible en en términos de eficiencia técnico – económica en beneficio de la sociedad en su conjunto.


CAPITULO I

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ANTECEDENTES

• Empírico 

Estadísticos basados en ensayos experimentales

• Mecanístico 

Cálculo de respuestas del pavimento i.e., esfuerzos, deformaciones.  Modelos de desempeño del pavimento basados en principios mecanísticos.

• Mecanístico-Empírico  AASHTO: American Association of

State Highway and Transportation Officials o Asociación Americana de Autoridades Estatales de Carreteras y Transporte.

Cálculo de respuestas del pavimento, i.e., esfuerzos, deformaciones.  Modelos empíricos de desempeño del pavimento

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ANTECEDENTES

Métodos Empíricos El el diseño se respalda en propiedades físicas de los materiales, y algún índice de resistencia como lo es el Valor de Soporte de California (denominado CBR por sus siglas en inglés, California Bearing Ratio ). Aun las metodologías basadas en métodos de regresión de resultados en tramos de prueba, como el método AASHTO actual, se le puede considerar como empírico en el sentido en que su aplicación está rigurosamente restringida a las condiciones que se utilizaron para su calibración.

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Investigaciones científicas a escala real de la ASSHO

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ANTECEDENTES

Métodos Mecanicistas Se basan en el supuesto que un pavimento puede ser modelado como una estructura multicapa elástica o viscoelástica sobre una cimentación elástica o viscoelástica. Con esta premisa es posible calcular las tensiones y deformaciones producidas por las cargas de tráfico y por los efectos del clima.

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ANTECEDENTES

Métodos Empírico-Mecanicistas Consideran leyes de fatiga de los materiales en los cálculos de vida útil; por ejemplo el método HDMI-III, Shell o el del Instituto Norteamericano del Asfalto.

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ANTECEDENTES

ASSTHO – 1972 Es de carácter empírico y no incorpora procedimientos mecanísticos. ASSTHO – 1993 Es de carácter empírico y usa indirectamente procedimientos mecanísticos para evaluar el deterioro debido al clima y establecer coeficientes para drenaje y transferencia de cargas. Asi mismo, el empleo del Módulo de Resilencia para caracterizar las propiedades de los materiales introduce el concepto de caracterización por un módulo cuasi-elástico.

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ANTECEDENTES

ASSTHO – 1986 reconoce abiertamente la conveniencia de avanzar hacia la adopción de procedimientos de diseño mecanísticos, que permitan predecir el desempeño de las estructuras de pavimento para periodos de diseño desde 1 año hasta 50 años o más, teniendo en consideración las variaciones en las cargas, los materiales, los dispositivos de diseño así como los efectos directos del clima.

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ANTECEDENTES

ASSTHO – 2008 Método empírico-mecanístico, que utiliza los principios teóricos de la mecánica racional para predecir el comportamiento (esfuerzos y deformaciones) de los elementos de la estructura de pavimentos, en respuesta a las acciones internas de las cargas del tráfico y del clima.

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ANTECEDENTES

El aprovechamiento en el Perú de la metodología Empírico-Mecanístico de la Guía Diseño AASHTO 2008, tiene como principal obstáculo: • La inexistencia de una adecuada zonificación climática, • No existe base de datos horaria que contengan la información de temperaturas, humedad, precipitación y vientos que caracterizan el clima de cada una de las zonas del Territorio Nacional.

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ANTECEDENTES

Aunque es previsible que en un futuro próximo, el empleo de los métodos de diseño empírico-mecanístico con software de última generación se introduzcan en el país, El Manual que está basado en métodos empíros constituye un primer paso para su implantación progresiva.

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ALCANCE DEL MANUAL

El Manual presenta metodologías de diseño para afirmados y para pavimentos flexibles, semirrígidos y rígidos. Las metodologías de diseño que se incorporan al Manual tienen como referencia principal a AASHTO Guide for Design of Pavements Structures – 1993. Actualmente esta Guía AASHTO es comúnmente usada en el diseño de Pavimentos en el Perú como lo es también en otros países del mundo. El Manual incorpora además aspectos de la práctica en el Perú y de otros países.

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OBJETIVOS DEL MANUAL Proporcionar a los Ingenieros que trabajan tanto en el sector público como en el privado, criterios homogéneos en materia de suelos y pavimentos que faciliten la aplicación en el diseño de las capas superiores y de la superficie de rodadura en carreteras no pavimentadas y pavimentadas.

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ALCANCE DEL MANUAL

Se aplica tanto a Caminos con superficie de rodadura no pavimentada, como con superficie pavimentada.

Caminos con superficie de rodadura No Pavimentada 1. Caminos de tierra, constituidos por suelo natural y mejorado con grava seleccionada por zarandeo.

2. Caminos de grava (lastrados), constituidos por una capa de revestimiento con material natural pétreo, seleccionado manualmente o por zarandeo, de tamaño máximo de 75 mm.

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ALCANCE DEL MANUAL

Caminos de tierra.


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ALCANCE DEL MANUAL

Caminos con superficie de rodadura No Pavimentada 3. Caminos afirmados, constituidos por una capa de revestimiento con materiales de cantera, dosificados naturalmente o por medios mecánicos (zarandeo), con una dosificación especificada, compuesta por una combinación apropiada de tres tipos de material: piedra, arena y finos o arcilla, siendo el tamaño máximo deseable del material 25 mm. Los caminos afirmados comprenden los siguientes tipos: 

Afirmados con gravas naturales o zarandeadas  Afirmados con gravas homogenizadas mediante chancado

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ALCANCE DEL MANUAL

Caminos con superficie de rodadura No Pavimentada 4. Caminos afirmados, con superficie de rodadura estabilizada con materiales industriales.  Afirmados

con grava tratada con materiales como: asfalto, cemento, cal, aditivos químicos y otros

 Suelos

naturales estabilizados con: material granular y finos ligantes, asfalto, cemento, cal, aditivos químicos y otros.

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ALCANCE DEL MANUAL

Caminos afirmados


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ALCANCE DEL MANUAL Caminos con superficie de rodadura Pavimentada a. Pavimentos flexibles: a.1 Compuestos por capas granulares (subbase y base drenantes) y una superficie de rodadura bituminosa en frío como: tratamiento superficial bicapa, lechada asfáltica o mortero asfáltico, micropavimento en frío, macadam asfáltico, carpetas de mezclas asfálticas en frío, etc. a.2 Compuestos por capas granulares (sub base y base drenantes) y una capa de rodadura bituminosa de mezcla asfáltica en caliente de espesor variable según sea necesario.

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ALCANCE DEL MANUAL a. Pavimentos flexibles:


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ALCANCE DEL MANUAL Caminos con superficie de rodadura Pavimentada b. Pavimentos semi-rígidos: conformados por capas asfálticas (base asfáltica y carpeta asfáltica en caliente); también se considera como pavimento semirrígido, la estructura compuesta por carpeta asfáltica en caliente sobre base tratada con cemento o base tratada con cal. Dentro del tipo de pavimento semirrígido, se ha incluido también los pavimentos adoquinados.

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ALCANCE DEL MANUAL b. Pavimentos semi-rígidos:

Base tratada con Cemento

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ALCANCE DEL MANUAL b. Pavimentos semi-rígidos:


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ALCANCE DEL MANUAL Caminos con superficie de rodadura Pavimentada c. Pavimentos rígidos: conformados por losa de concreto de cemento hidráulico y una subbase granular para uniformizar las características de cimentación de la losa. Dentro de los pavimentos rígidos existen tres categorías: 

Pavimento de concreto simple con juntas  Pavimento de concreto con juntas y refuerzo de acero en forma de fibras o mallas  Pavimento de concreto con refuerzo continuo.

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ALCANCE DEL MANUAL Pavimentos rígidos:


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ORGANIZACION DEL MANUAL


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ORGANIZACION DEL MANUAL


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CAPITULO II

El Manual de Suelos y Pavimentos es de aplicación en: 1. Las Carreteras del Sistema Nacional de Carreteras (SINAC), que se jerarquiza en las siguientes tres redes viales:   

Red Vial Nacional, Red Vial Departamental o Regional y Red Vial Vecinal.

2. En diseño de nuevas carreteras y de mejoramientos de carreteras. 3. En proyectos de reconstrucción de carreteras. 4. En proyectos de refuerzo de pavimentos.

CAPITULO II


Trabajos de Mejoramiento de la carretera Pomalca-Saltur-Sipán-Pampagrande en la región Lambayeque

CAPITULO II


El Manual no es aplicable para los siguientes casos que deberán ser materia de Estudio Especial, con análisis técnico de alternativas y justificación de la solución adoptada:

1. Pavimentos sobre puentes: estos pavimentos dependen del diseño de la superestructura del puente (losa y viga), no hay propiamente un diseño de pavimentos en puentes. 2. Túneles de carreteras: en este caso los diseños deben considerar características físico-mecánicas del cimiento, de las capas estructurales del pavimento y su variación durante el periodo de análisis, aspectos de drenaje, subdrenaje, condiciones de visibilidad, resistencia friccional de la superficie de rodadura, seguridad y confort.

CAPITULO II


Pavimento sobre la losa de un puente (El manual no contempla su diseño)

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3. Carreteras o caminos en áreas de protección ecológica, reservas nacionales diversas , como son: zonas arqueológicas, parques y zonas protegidas, etc. 4. En zonas urbanas : el presente manual de suelos y pavimentos es para carreteras. Para el caso de pistas urbanas, existe la Norma Técnica de Edificación CE.010 Pavimentos Urbanos.

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5. En este Manual se han incluido Catálogos de Estructuras de Pavimentos que ilustran soluciones a considerarse para tráficos

menores a 1,100 vehículos pesados (buses y camiones) en ambos sentidos por día en el año base ó menor a

30´000,000 de Ejes Equivalentes (para 20 años en el carril de diseño); esta limitación es razonable para la práctica común en la mayoría de los casos.


CAPITULO II


para tráficos mayores a los indicados, y por el alto costo que seguramente implicará la estructura del pavimento, el Ingeniero responsable efectuará un Estudio Específico para el diseño del pavimento, con análisis de alternativas de pavimento (flexible, semirrígido y rígido)

CAPITULO II


Para el caso de los caminos afirmados con un tráfico de hasta 300,000 ejes equivalentes en el periodo de horizonte del proyecto, se incorpora la metodología definida en el Manual para el Diseño de Caminos No Pavimentados de Bajo Volumen de Tránsito del MTC (2009). El Manual introduce el concepto de desempeño a lo largo del periodo de análisis de los afirmados y de los pavimentos flexibles, semirrígidos y rígidos, el mismo que se define como el comportamiento funcional y estructural estimado a lo largo del periodo.

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CAPITULO III


CAPITULO III


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CAPITULO III


1. PREPARACIÓN DEL TERRENO Consiste en el allanado, nivelado y compactado sobre el que se construirá la infraestructura del camino. En territorios con fuertes pendientes transversales (pendiente natural ≥ 20%), la explanada se construye formando terrazas. Cuando el terreno natural de la explanada es de mala calidad, éste debe ser reemplazado o estabilizado para que la explanada sea estable.

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2. EXPLANACIÓN Se denomina explanación, al movimiento de tierras, conformado por cortes y rellenos (terraplén), para obtener la plataforma de la carretera hasta el nivel de la subrasante del camino.

2.1 Terraplén El terraplén es la parte de la explanación situada sobre el terreno preparado. También se conoce como relleno. 

La base y cuerpo del terraplén o relleno será conformado en capas de hasta 0.30m y compactadas al 90% de la máxima densidad seca del ensayo proctor modificado.  La corona es la parte superior del terraplén tendrá un espesor mínimo de 0.30m y será conformada en capas de 0.15m, compactadas al 95% de la máxima densidad seca del ensayo proctor modificado.

CAPITULO III

2. EXPLANACIÓN

Construcción de Terraplén


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2. EXPLANACIÓN 2.2 Corte El corte es la parte de la explanación constituida por la excavación del terreno natural hasta alcanzar el nivel de la Subrasante del Camino.

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3. SUBRASANTE DEL CAMINO La Subrasante es la superficie terminada de la carretera a nivel de movimiento de tierras (corte y relleno), sobre la cual se coloca la estructura del pavimento o afirmado. • En la etapa constructiva, los últimos 0.30m de suelo debajo del nivel superior de la subrasante, deberán ser compactados al 95% de la máxima densidad seca obtenida del ensayo proctor modificado (MTC EM 115).

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


Para que se apoye el afirmado o la estructura del pavimento, se requiere que los últimos 0.60 m de la

capa de suelos debajo del nivel de la subrasante tenga un CBR ≥ 6%.

60cm CBR ≥ 6%.

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•


En caso el suelo, debajo del nivel superior de la subrasante, tenga un CBR < 6% (subrasante pobre o subrasante inadecuada), corresponde estabilizar los suelos, para lo cual el Ingeniero responsable analizará según la naturaleza del suelo alternativas de solución, como la estabilización mecánica, el reemplazo del suelo de cimentación, estabilización química de suelos, estabilización con geosintéticos, elevación de la rasante, cambiar el trazo vial, eligiéndose la mas conveniente técnica y económica. En el Capítulo 9 Estabilización de Suelos, se describen diversos tipos de estabilización de suelos.

Si CBR ≤ 6%. Estabilizar el suelo

CAPITULO III


4. AFIRMADO El Afirmado consiste en una capa compactada de material granular natural o procesada, con gradación específica que soporta directamente las cargas y esfuerzos del tránsito. Debe poseer la cantidad apropiada de material fino cohesivo que permita mantener aglutinadas las partículas. Funciona como superficie de rodadura en caminos y carreteras no pavimentadas.

CAPITULO III

4. AFIRMADO

Proceso de compactado del afirmado


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5. PAVIMENTO El Pavimento es una estructura de varias capas construida sobre la subrasante del camino para resistir y distribuir esfuerzos originados por los vehículos y mejorar las condiciones de seguridad y comodidad para el tránsito. Por lo general está conformada por las siguientes capas: base, subbase y capa de rodadura.

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5. PAVIMENTO •

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Capa de Rodadura: Es la parte superior de un pavimento, que puede ser de tipo bituminoso (flexible) o de concreto de cemento Portland (rígido) o de adoquines, cuya función es sostener directamente el tránsito. Base: Es la capa inferior a la capa de rodadura, que tiene como principal función de sostener, distribuir y transmitir las cargas ocasionadas por el tránsito. Esta capa será de material granular drenante (CBR ≥ 80%) o sera tratada con asfalto, cal o cemento. Subbase: Es una capa de material especificado y con un espesor de diseño, el cual soporta a la base y a la carpeta. Además se utiliza como capa de drenaje y controlador de la capilaridad del agua. Dependiendo del tipo, diseño y dimensionamiento del pavimento, esta capa puede obviarse. Esta capa puede ser de material granular (CBR ≥ 40%) o tratada con asfalto, cal o cemento.

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6. DRENAJE El sistema de drenaje y subdrenaje de una carretera está previsto para eliminar la humedad en el pavimento y en el prisma de la carretera.


Clase_02 Msp_cap i, II y III

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